GaN と USB-PD は AC-DC トランスを「より高周波・より小型・より高電力密度」の領域へ押し進め、二次側の巻線もそれに合わせてルールが変わりました。本稿は急速充電器用トランスの設計・購買エンジニア向けに、なぜ二次側が細線・多本化へ向かうのか、いつ強化絶縁を備えた TIW を使うべきか、そして選定時にどの値を「承認書による」とするのが正しいかを説明します。
GaN と USB-PD は AC-DC トランスを「より高周波・より小型・より高電力密度」の領域へ押し進め、二次側の巻線もそれに合わせてルールが変わりました。本稿は急速充電器用トランスの設計・購買エンジニア向けに、なぜ二次側が細線・多本化へ向かうのか、いつ強化絶縁を備えた TIW を使うべきか、そして選定時にどの値を「承認書による」とするのが正しいかを説明します。
なぜ GaN／USB-PD はトランスを高周波と細線へ押し進めるのか
GaN デバイスはスイッチング損失が小さいため、急速充電器で多用されるフライバック方式（多くは疑似共振（QR）フライバック、またはアクティブクランプ・フライバック）でスイッチング周波数を引き上げられます。周波数が上がれば、同じ電力に必要なインダクタンスと磁心（コア）の体積はともに小さくでき、これこそが GaN／USB-PD 急速充電器が高電力密度を追求する主な手段です。実務上、周波数は数百 kHz から 1 MHz 級に達します。
しかし周波数が上がると、巻線側に代償が現れます。高周波での交流銅損（skin effect 表皮効果、proximity effect 近接効果）が主要な損失の一つになるのです。表皮効果は電流を導体の外周に集中させ、有効断面積が減って高周波抵抗が上昇します。銅の表皮深さ（skin depth）は周波数が高くなるほど小さくなり、100 kHz でおよそ 0.21 mm、1 MHz でおよそ 66 µm の桁です。つまり急速充電器の動作周波数では、太い単線は断面のかなりの部分が「導電に寄与していない」ことになります。
二次側はなぜ細線・多本へ向かうのか
急速充電器の二次側は低電圧・大電流で、しかも高周波で動作します。太い単線を使うと、表皮効果と近接効果により高周波抵抗が直流抵抗を大きく上回り、発熱も効率も損なわれます。業界で一般的な対策は、細線の多本並列巻きまたは撚線（リッツ線の考え方を含む）に切り替え、各素線の直径を表皮深さ 1 つ分より小さくして電流をより多くの素線に分担させ、高周波の交流銅損を抑えることです。経験則としてよく使われるのは、素線径を表皮深さの約 2 倍未満にすることです。
注意すべきは、近接効果は線径を細くするだけでは解決できず、巻線の層構成と巻き方の工夫を併せる必要があるという点です。この部分は実装のノウハウに属するため、ここでは触れるにとどめます。材料選定側にとって重要なのは、「二次側には細い線径で製造でき、かつ多本／撚線の形態で供給できる」導線が必要だということです。
強化絶縁と高電力密度：TIW のマージン不要という利点
急速充電器の一次—二次間には強化絶縁（reinforced insulation）が必要です。従来はサンドイッチ巻きに両側のマージンテープ（margin tape）を組み合わせて沿面距離と離間距離を確保していましたが、マージンは巻線窓を食いつぶし、「小型化・高電力密度」の目標と相反します。
三層絶縁電線（TIW）は強化絶縁を導線そのものに作り込みます。IEC 62368-1 Annex J の部品レベル評定により、TIW を採用すると巻線間の沿面距離と離間距離は大幅に簡素化され、巻線窓のボトルネックではなくなります。マージンを省いて窓を満巻きにできるため、急速充電器のような小型・高電力密度設計には特に有利です。ただし留意点として、磁心は導電部品とみなされるため、巻線と磁心、巻線と端子の間の沿面距離・離間距離は引き続き安全規格に従って確保する必要があり、すべてがゼロになるわけではありません。各型番の実際の評定条件と線径範囲は、一律に承認書を基準とし、規格の詳細はここでは深掘りしません。
TIW と一般のエナメル線・FIW の違い、および熱等級と絶縁システム全体の関係については、/news/tiw-vs-fiw-vs-enamelled-wire と /news/wire-vs-system-thermal-class を参照してください。
大晉 TLW シリーズは急速充電器二次側の細線にどう対応するか
大晉は三層絶縁電線のメーカー（商社ではありません）で、台湾・台南市帰仁区に自社工場を持つ台湾製です。急速充電器二次側の「細線＋多本＋強化絶縁」という要件に対し、TLW シリーズの次の特性が直接対応します。
- TLW シリーズ（TLW-B／TLW-BB）の線径は細線から太線まで連続した範囲をカバーし、急速充電器が必要とする細線域を含みます。
- TLW-B7S は 7 本撚線の形態で、高周波下で多本／撚線により電流を分担し交流銅損を抑える手法にそのまま対応します。DJ-130 絶縁システム（System Class 130(B)）の構成部品です。
- TLW-F は Class F（155 °C）の熱等級で、VDE 40008834（IEC 62368-1 Annex J）により Reinforced と評定されており、熱的マージンが厳しい小型・高電力密度設計に適しています。
- TLW-BB と TLW-B7S は TIW として強化絶縁を提供し、マージン不要・満巻きのコンパクトな巻線を支えます。
下表は急速充電器二次側のよくある要件と、大晉が対応できる型番の対照です。具体的な数値は一律に承認書を基準とします。
- 高周波での多本／撚線による分流 — 対応手法：7 本撚線；大晉の選択可能型番：TLW-B7S；仕様：素線径・本数は承認書による
- 強化絶縁、マージン不要の満巻き — 対応手法：TIW による強化絶縁；大晉の選択可能型番：TLW-BB／TLW-B7S／TLW-F；仕様：評定条件は承認書による
- 厳しい熱的マージン — 対応手法：Class F（155 °C）；大晉の選択可能型番：TLW-F；仕様：熱等級・線径は承認書による
- 細線域 — 対応手法：細い線径；大晉の選択可能型番：TLW シリーズ；仕様：線径は承認書による
選定手順（線径・本数・熱等級・絶縁システムをどう一緒に決めるか）は /news/tiw-selection-guide を、熱等級とシステム絶縁の対応は /news/wire-vs-system-thermal-class を参照してください。急速充電器二次側の実際の線径・本数・絶縁等級は承認書を基準とするか、営業窓口にご相談ください。
よくあるご質問
急速充電器の二次側には、太い単線と細線の多本／撚線のどちらを使うべきですか？
急速充電器の高周波動作点では、太い単線は交流銅損（表皮効果と近接効果）が大きくなります。業界では細線の多本並列巻きまたは撚線で電流を分担し、素線径を表皮深さ 1 つ分より小さくするのが一般的です。大晉の TLW-B7S は 7 本撚線で、この要件にそのまま対応します。素線径と本数は承認書によります。
二次側に TIW を使う場合、巻線間に沿面距離／離間距離はまだ必要ですか？
TIW は IEC 62368-1 Annex J で強化絶縁と評定されており、巻線間の沿面距離・離間距離は巻線窓のボトルネックではなくなり、マージンを省けます。ただし磁心は導電部品とみなされるため、巻線と磁心、巻線と端子の間の沿面距離・離間距離は引き続き安全規格に従って確保する必要があります。各型番の評定条件は承認書によります。
急速充電器のような小型・高電力密度設計では、130(B) と Class F のどちらを選ぶべきですか？
巻線の実際のホットスポット温度とシステム全体の絶縁設計によります。大晉には 130(B) の TLW-B／TLW-BB／TLW-B7S と、Class F（155 °C）の TLW-F があります。熱等級とシステム絶縁の関係は /news/wire-vs-system-thermal-class、選定手順は /news/tiw-selection-guide を参照してください。実際の等級は承認書によります。
二次側の細線は最小でどこまで細くできますか？
大晉の TLW シリーズの線径は急速充電器が必要とする細線域をカバーし、TLW-B7S は 7 本撚線の形態で供給します。急速充電器二次側の実際の最小線径と本数は承認書を基準とするか、営業窓口に供給可能範囲をご確認ください。